от «кошачьего уса» до закона Мура — Офтоп на vc.ru
24 декабря 1947 года сотрудники Bell Telephone Laboratories Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли представили своим коллегам первый транзистор. К юбилею события рассказываем, как крошечный кусочек полупроводника изменил историю.
5079 просмотров
Изобретатели транзистора Уолтер Браттейн, Уильям Шокли и Джон Бардин (Bloomberg)
Предыстория. При чем здесь кошачьи усы?
Исследования полупроводников начались еще в первой половине 19 века с работ физиков Томаса Зибека и Майкла Фарадея. В 1833 году Фарадей описал странное поведение сульфида серебра: его сопротивление электрическому току падало при нагревании, тогда как сопротивление простых металлов росло. Наука об электричестве тогда только зарождалась, и полупроводники не вызвали интереса ученых.
К концу века ситуация стала меняться. В 1873 году инженер Уиллоуби Смит и его помощник Джозеф Мэй обнаружили, что сопротивление селена меняется в зависимости от степени освещенности: чем ярче свет, тем оно ниже.
В следующем, 1874 году, немецкий физик Карл Фердинанд Браун описал эффект выпрямления тока (то есть преобразования переменного тока в постоянный) полупроводниками — сульфидами металлов. Работа Брауна, как и труд Фарадея, оставался научным курьезом, пока не появилось радио. Оказалось, что открытый Брауном эффект позволяет легко обнаруживать радиоволны.
Первые детекторы радиоволн — когереры — были неудобны и могли принимать только сигналы радиотелеграфа. Полупроводниковые детекторы радиоволн, появившиеся благодаря работам Джагдиша Боше, Александра Попова и Гринлифа Пикарда, были лишены этих недостатков. Дальность приема радиоволн возросла, приемники стали меньше и надежнее, а еще стало возможно передавать по радио звук — так появились радиотелефон и радиовещание.
Детектор «кошачий ус» (Политехнический музей)
Детекторный приемник позволял принимать радиопередачи без батарей, используя саму энергию радиоволн. Главным минусом детекторного приемника была его капризность — на поверхности кристалла полупроводника нужно было найти точку, которая выпрямляла ток. Эту точку искали с помощью второго электрода — длинного и тонкого. Из-за внешнего сходства его называли
Радиовещание — «газета без бумаги и расстояний»
После окончания Первой мировой войны во всем мире начало развиваться радиовещание. Однако появившиеся тогда радиолампы были дороги, хрупки, быстро перегорали и требовали электрический ток для работы. По-настоящему массовыми стали детекторные приемники. Детекторный приемник был прост и дешев. Многие делали его сами — ведь даже полупроводник для детектора можно было сделать самому. И после появления более надежных и удобных ламповых приемников, детекторы оставались популярны.
Советский детекторный радиоприемник ПФ в фарфоровом корпусе. На корпусе написана характеристика, которую радио дал Ленин — «газета без бумаги и расстояний» (Большой музей)
Популярность детекторных приемников привела к тому, что многие начали экспериментировать с ними и получать необычные результаты. Еще в 1909 году английский ученый Уильям Икклз обнаружил, что детектор в определенных условиях может работать как генератор колебаний и усилитель.
В 1922 году сотрудник Нижегородской радиолаборатории Олег Лосев работал над увеличением чувствительности детекторов и обнаружил эффект усиления сигналов. Используя этот эффект, Лосев смог построить первый радиоприемник с усилителем на полупроводниках — кристадин, но из-за ненадежности он не получил распространения.
Радиоприемник кристадин Олега Лосева (Политехнический музей)
Наконец, в 1925 году немецкий физик Юлиус Лилиенфельд запатентовал первый твердотельный усилитель, однако его попытки построить прибор не увенчались успехом.
Кванты и кремний
Создание транзистора потребовало объединения усилий теоретической физики, прикладной электротехники и химии. Эти дисциплины встретились в научно-исследовательской компании Bell Telephone Laboratories на излете 1930-х годов.
Уолтер Браттейн (The Nobel Prize)
Первым из изобретателей транзистора, поступивших на работу в Bell Labs, стал Уолтер Браттейн. Он учился в Университете Миннесоты, где лекции по квантовой механике читали ее отцы-основатели Эрвин Шредингер, Джеймс Франк и Арнольд Зоммерфельд. С 1929 года Браттейн работал в
В то время работа над физикой твердого тела успешно шла по всему миру.
К концу 1930-х годов физики-теоретики смогли создать удовлетворительную теорию полупроводников. Результаты этих работ становились быстро известны в научном мире благодаря журналам и конференциям. Студенты-физики тоже быстро усваивали новые знания. Одним из таких студентов был Уильям Шокли, поступивший на работу в
Уильям Шокли (Wired)
Как и Браттейн, Шокли начинал с изучения радиоламп. Однако вскоре директор по исследованиям Bell Labs Мервин Келли поручил Шокли изучить возможность создания полупроводниковых переключателей для замены электромеханических реле, которые тогда использовались в телефонных станциях.
Изучив опыт предшественников, Шокли понял, что невозможно создать полупроводниковый усилитель, внедряя управляющий электрод в массив полупроводника. Он начал работать в группе Браттейна, но с началом Второй мировой войны переключился на военные исследования, оставив работу над полупроводниками.
Кроме группы Браттейна, полупроводниками в Bell Labs занимались и другие исследователи. Например, химик Рассел Ол работал с кремнием, который должен был стать основой сверхвысокочастотных детекторов. Способов получения чистого кремния тогда не существовало, и Ол взялся за дело. К августу 1939 году он и его сотрудники смогли получить кремний с чистотой 99,8% . Детекторы из такого кремния проводили ток или из металлического контакта в кристалл, или из кристалла в контакт.
Однажды ученым попался необычный экземпляр заготовки для детектора — он сильно реагировал на свет, а его электрические параметры постоянно менялись. 6 марта 1943 года Ол продемонстрировал свою находку Браттейну и Келли. Браттейн догадался, что на свет реагирует барьер между двумя слоями кремния и что этот же барьер должен выпрямлять переменный ток. Ол и его коллега Дж. Скафф назвали эти слои «кремний p-типа» (от
До конца войны открытие p-n-перехода было засекречено по решению Келли.Кстати, в 1941 году независимо от американских физиков Вадим Лашкарёв предположил, что два типа проводимости разделены гипотетическим переходным слоем, препятствующим электрическому току.
Успех
Во время Второй мировой войны появились первые радары и радиолокаторы. Они работали с радиоволнами сверхвысоких частот, с которыми радиолампы не могли работать. Появилась потребность в иных компонентах, и исследования полупроводников ускорились.
В июне 1945 года Мервин Келли вновь создал группу по исследованию твердого тела во главе с Шокли и Стэнли Морганом. В группу вошли Браттейн и новый сотрудник фирмы Джон Бардин, а также многие другие физики, химики и инженеры.
Джон Бардин (Physics World)
Ознакомившись с работами военного времени (особую ценность представляли исследования германия, проведенные в американском Университете Пердью), Шокли сузил выбор полупроводников до германия и кремния.
Поначалу результаты экспериментов не сходились с теорией. Бардин объяснил расхождения, предложив гипотезу поверхностных состояний. Согласно ей на границе полупроводника и металла образуется пространственный заряд, который и мешает внешнему полю управлять потоком электронов через полупроводник.
В течение 1947 года отдел пытался устранить пространственный заряд. В ноябре Роберт Джибни предложил удачное решение — использовать для нейтрализации заряда напряжение, подаваемое через точечный управляющий электрод в жидком электролите. Работы резко ускорились: в ноябре — декабре Бардин, Джибни и Браттейн испытали не менее пяти разных конструкций полупроводникового усилителя.
Однако усилитель с жидким электролитом внутри был бы еще менее удобен, чем радиолампа. Бардин и Браттейн поняли, что от жидкости можно избавиться, если на поверхности полупроводника установить очень близко друг к другу два электрода. Расстояние между ними не должно было превышать 50 микрометров, тогда как самая тонкая доступная тогда проволока имела диаметр 125 микрометров.
Браттейн нашел остроумный выход из положения. 15 или 16 декабря 1947 года он наклеил на пластмассовой треугольник полоску золотой фольги, разрезал фольгу бритвой и получил зазор нужной ширины. 16 декабря Браттейн прижал контактный узел зазором к поверхности германиевой пластины, создав первый работоспособный точечный транзистор.
Первый транзистор (Computer History Museum)
23 декабря 1947 года на неофициальной презентации Браттейн продемонстрировал коллегам по Bell Labs транзисторный усилитель звуковых частот, а 24 декабря — первый транзисторный генератор, доказав, что транзистор может выполнять все функции радиолампы.
Транзистор, Нобель и Кремниевая долина
Узнав об изобретении, руководство Bell Labs временно засекретило проект. Публика узнала об изобретении транзистора 30 июня 1948 года на открытой презентации в Нью-Йорке.
За месяц до этого события в Bell Labs состоялось тайное голосование по выбору названия нового прибора.
Среди вариантов были полупроводниковый, твердотельный и кристаллический триод, триод на поверхностных состояниях и йотатрон. Победил предложенный инженером Джоном Пирсом транзистор, образованный от слов transconductance (проводимость) или transfer (передача) и varistor (управляемое сопротивление).
Изобретатели транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн на обложке журнала Electronics 1948 года (Computer History Museum)
Выпуск транзисторов начался в 1948 году. Первые транзисторы изготавливались вручную, поэтому были хрупки и ненадежны. Однако их достоинства — размер, скорость работы, энергопотребление — оказались слишком важны в новых отраслях электроники. Вскоре выпуск транзисторов был налажен в промышленных масштабах. А количество выпущенных МОП-транзисторов превышает количество любых других созданных человеком устройств.
Группа изобретателей транзистора распалась уже в 1948 году, когда из Bell Labs ушел Роберт Джибни.
В 1951 году за ним последовал Джон Бардин. В 1955 году Уильям Шокли основал свою компанию по выпуску полупроводников в Калифорнии. Его неуживчивый характер привел к тому, что в 1957 году восемь его сотрудников — «вероломная восьмерка» — уволились и основали компанию Fairchild Semiconductor. Итогом этого конфликта стало создание современной Кремниевой долины (но это уже совсем другая история).
В 1956 году Бардин, Браттейн и Шокли получили Нобелевскую премию по физике, хотя сам Шокли обычно исключал себя из списка изобретателей транзистора и включал туда Джибни.
Вторые первые: транзистрон
У каждого крупного изобретения несколько создателей. Вспомнить хотя бы телефон, на изобретение которого претендуют десятки ученых и инженеров от Александра Белла (в честь которого и назвали Bell Labs) до Томаса Эдисона. Транзистор тоже изобретали дважды.
В 1944 году немецкий физик Герберт Матаре создал дуодиод — полупроводниковый выпрямитель с двумя точечными контактами, который проявлял свойства усилителя.
В июне 1948 года, до обнародования изобретения Бардина и Браттейна, усовершенствованный дуодиод продемонстрировал стабильное усиление. В июле 1948 года работами Матаре и его коллеги Генриха Велкера заинтересовался министр связи Франции Эжен Тома, он же дал новому прибору имя транзистрон.
Матаре и Велкер начали производство транзистронов в 1949 году, а в 1950 году продемонстрировали Шокли и Браттейну их работу. Однако вскоре французское правительство прекратило поддержку Матаре и Велкера. Матаре переехал в США, Велкер возглавил полупроводниковые исследования в компании Siemens.
Транзисторы лежат в основе современного мира. Без них не было бы компьютеров, интернета, спутников, смартфонов. Даже холодильники и стиральные машины сегодня нуждаются в них. Еще в 1950-х годах ученые смогли перейти от отдельных транзисторов к интегральным схемам — множеству транзисторов на одной пластинке полупроводника.
Тогда же Гордон Мур (кстати, один из «вероломной восьмерки») заметил, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.
Сегодня это наблюдение известно как закон Мура. Многие утверждают, что мы вплотную подошли к естественному пределу, что невозможно уложить еще больше транзисторов на микрочип. Однако ученые работают и, быть может, скоро нас ждет еще одно великое открытие, подобное тому, которое случилось 75 лет назад.
История транзистора — Мастерок.жж.рф — LiveJournal
Одним из значительных изобретений XX века по праву считается изобретение транзистора, пришедшего на замену электронным лампам.
Долгое время лампы были единственным активным компонентом всех радиоэлектронных устройств, хотя и имели множество недостатков. Прежде всего, это большая потребляемая мощность, большие габариты, малый срок службы и малая механическая прочность. Эти недостатки все острее ощущались по мере усовершенствования и усложнения электронной аппаратуры.
Революционный переворот в радиотехнике произошел, когда на смену устаревшим лампам пришли полупроводниковые усилительные приборы – транзисторы, лишенные всех упомянутых недостатков.
Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей, экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества (а это был, как мы теперь называем, полупроводник) растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в данном случае уменьшается. Почему так происходит? С чем это связано? На эти вопросы Фарадей ответить не смог.
Тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью кристалла, внешне очень напоминал кошачий ус.
Кристаллический детектор Пикарда так и стали называть —кошачий ус.
Чтобы вдохнуть жизнь в детектор Пикарда и заставить его устойчиво работать, требовалось найти наиболее чувствительную точку на поверхности кристалла. Сделать это было непросто. На свет появляется множество хитроумных конструкций кошачего уса облегчающих поиск заветной точки, но стремительный выход на авансцену радиотехники электронных ламп надолго отправляет детектор Пикарда за кулисы.
И все же кошачий ус намного проще и меньше вакуумных диодов, к тому же намного эффективнее на высоких частотах. А что если заменить вакуумный триод, на котором была основана вся радиоэлектроника того времени, на полупроводник? Возможно ли это? В начале ХХ века подобный вопрос не давал покоя многим ученым.
Советская Россия. 1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория. Новая власть остро нуждается в беспроволочной телеграфной связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени — М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие. Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев.
После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается.
17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом.
С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное — возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.
В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы по лампам его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор.
Его цель — усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания.
В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов.
Все с детства знают, что то-то и то-то невозможно, но всегда находится невежда, который этого не знает, он-то и делает открытие — шутил Эйнштейн.
Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме.
Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит — угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора.
Первыми изобретенными транзисторами, как ни странно, были полевые. Австро-венгерский физик Юлий Эдгар Лилиенфельд в 1928 году запатентовал принцип работы полевого транзистора, который основан на электростатическом эффекте поля. Полевые транзисторы намного опередили биполярные, может быть из-за более простого принципа их работы. Сам полевой транзистор был запатентован в 1934 году немецким физиком Оскаром Хейлом.
Первый работоспособный транзистор появился на свет в 1947 году, благодаря стараниям сотрудников американской фирмы Bell Telephone Laboratories. Их имена теперь известны всему миру. Это ученые – физики У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен. Уже в 1956 году за это изобретение все трое были удостоены нобелевской премии по физике.
Но, как и многие великие изобретения, транзистор был замечен не сразу. Лишь в одной из американских газет было упомянуто, что фирма Bell Telephone Laboratories продемонстрировала созданный ею прибор под названием транзистор. Там же было сказано, что его можно использовать в некоторых областях электротехники вместо электронных ламп.
Показанный транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм и демонстрировался в приемнике, не имевшем электронных ламп. Ко всему прочему, фирма уверяла, что прибор может использоваться не только для усиления, но и для генерации или преобразования электрического сигнала.
Но возможности транзистора, как, впрочем, и многих других великих открытий, были поняты и оценены не сразу.
Чтобы вызвать интерес к новому прибору, фирма Bell усиленно рекламировала его на семинарах и в статьях, и предоставляла всем желающим лицензии на его производство.
Производители электронных ламп не видели в транзисторе серьезного конкурента, ведь нельзя было так сразу, одним махом, сбросить со счетов тридцатилетнюю историю производства ламп нескольких сотен конструкций, и многомиллионные денежные вложения в их развитие и производство. Поэтому транзистор вошел в электронику не так быстро, поскольку эпоха электронных ламп еще продолжалась.
Первые шаги к полупроводникам
С давних времен в электротехнике использовались в основном два вида материалов – проводники и диэлектрики (изоляторы). Способностью проводить ток обладают металлы, растворы солей, некоторые газы. Эта способность обусловлена наличием в проводниках свободных носителей заряда – электронов. В проводниках электроны достаточно легко отрываются от атома, но для передачи электрической энергии наиболее пригодны те металлы, которые обладают низким сопротивлением (медь, алюминий, серебро, золото).
К изоляторам относятся вещества с высоким сопротивлением, у них электроны очень крепко связаны с атомом. Это фарфор, стекло, резина, керамика, пластик. Поэтому свободных зарядов в этих веществах нет, а значит нет и электрического тока.
Здесь уместно вспомнить формулировку из учебников физики, что электрический ток это есть направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. В изоляторах двигаться под действием электрического поля просто нечему.
Однако, в процессе исследования электрических явлений в различных материалах некоторым исследователям удавалось «нащупать» полупроводниковые эффекты. Например, первый кристаллический детектор (диод) создал в 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун на основе контакта свинца и пирита. (Пирит – железный колчедан, при ударе о кресало высекается искра, отчего и получил название от греческого «пир» — огонь). Позднее этот детектор с успехом заменил когерер в первых приемниках, что значительно повысило их чувствительность.
В 1907 году Беддекер, исследуя проводимость йодистой меди обнаружил, что ее проводимость возрастает в 24 раза при наличии примеси йода, хотя сам йод проводником не является. Но все это были случайные открытия, которым не могли дать научного обоснования. Систематическое изучение полупроводников началось лишь в 1920 — 1930 годы.
Большой вклад в изучение полупроводников внес советский ученый сотрудник знаменитой Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев. Он вошел в историю в первую очередь как изобретатель кристадина (генератор колебаний и усилитель на основе диода) и светодиода.
На заре производства транзисторов основным полупроводником являлся германий (Ge). В плане энергозатрат он весьма экономичен, напряжение отпирания его pn – перехода составляет всего 0,1…0,3В, но вот многие параметры нестабильны, поэтому на замену ему пришел кремний (Si).
Температура, при которой работоспособны германиевые транзисторы не более 60 градусов, в то время, как кремниевые транзисторы могут продолжать работать при 150.
Кремний, как полупроводник, превосходит германий и по другим свойствам, прежде всего по частотным.
Кроме того, запасы кремния в природе очень большие, а технология его очистки и обработки проще и дешевле, нежели редкого в природе элемента германия. Первый кремниевый транзистор появился вскоре после первого германиевого — в 1954 году. Это событие даже повлекло за собой новое название «кремниевый век», не надо путать с каменным!
Поначалу при производстве транзисторов лишь каждый пятый получался не бракованным, но технология быстро развивалась. Уже в 1953 году вышел первый транзисторный слуховой аппарат, который ознаменовал начало коммерческого применения нового радиоэлемента. Через год в продажу поступил транзисторный радиоприемник.
В 1956 году Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Брайтейн были удостоены нобелевской премии за свое открытие. В 1958 году, когда пара транзисторов была помещена на один кремниевый кристалл, в мире появилась первая интегральная схема. Сегодня на одном кристалле их помещается более миллиарда.
С изобретением транзистора маховик научно-технического прогресса был запущен с новой силой. В 1960 году Sony выпустила портативный телевизор. В 1971 появился карманный калькулятор. В 1983 году с изобретением мобильного телефона началась эра мобильной связи.
Микропроцессоры и полупроводники. Закат «кремниевого века»
Вы никогда не задумывались над тем, почему в последнее время практически все компьютеры стали многоядерными? Термины двухъядерный или четырехъядерный у всех на слуху. Дело в том, что увеличение производительности микропроцессоров методом повышения тактовой частоты, и увеличения количества транзисторов в одном корпусе, для кремниевых структур практически приблизилось к пределу.
Увеличение количества полупроводников в одном корпусе достигается за счет уменьшения их физических размеров. В 2011 году фирма INTEL уже разработала 32 нм техпроцесс, при котором длина канала транзистора всего 20 нм. Однако, такое уменьшение не приносит ощутимого прироста тактовой частоты, как это было вплоть до 90 нм технологий.
Совершенно очевидно, что пора переходить на что-то принципиально новое.
Графен – полупроводник будущего
В 2004 году учеными–физиками был открыт новый полупроводниковый материал графен. Этот основной претендент на замену кремнию также является материалом углеродной группы. На его основе создается транзистор, работающий в трех разных режимах.
По сравнению с существующими технологиями это позволит ровно в три раза сократить количество транзисторов в одном корпусе. Кроме того, по мнению ученых рабочие частоты нового полупроводникового материала могут достигать до 1000 ГГц. Параметры, конечно, очень заманчивые, но пока новый полупроводник находится на стадии разработки и изучения, а кремний до сих пор остается рабочей лошадкой. Его век еще не закончился.
[источники]Источники:
http://scsiexplorer.com.ua/index.php/istoria-otkritiy/601-istorija-tranzistora.html
http://electrik.info/main/fakty/622-istoriya-tranzistorov.html
http://www.
kit-e.ru/articles/elcomp/2006_9_198.php
Tags: Как это было
Telegram channel
Кто на самом деле изобрел транзистор?
Хорошо, давайте проясним это раз и навсегда. Кто был настоящим изобретателем транзистора? В январе прошлого года Electronic Design опубликовали мою статью, посвященную годовщине изобретения транзистора. Я понял это в основном правильно, но недавно я получил записку, в которой я инициировал это разъяснение. В статье я сказал:
«В различных исторических записях говорится, что транзистор был изобретен 23 декабря 1947 года в Bell Laboratories AT&T учеными Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном. В тот день они продемонстрировали транзисторное усиление с помощью точечного транзистора».
Я должен был сказать, что Бардин и Браттейн действительно изобрели первый транзистор с точечным контактом. Однако Шокли не был включен в этот патент. Позже, в 1948 году, Шокли разработал первый биполярный транзистор.
В 1956 году Шокли переехал в Калифорнию и основал Shockley Semiconductor, одну из первых, если не первую полупроводниковую компанию в том, что мы сейчас знаем как Силиконовую долину. А остальное уже история, как говорится. Более подробную информацию можно найти в исчерпывающей биографии Шокли 9.0003 Broken Genius Джоэл Шуркин.
Записка, в которой указывалось на это несоответствие, я получил от сына Шокли, Дика Шокли. Дик — физик, получивший первую степень в Стэнфорде, а затем докторскую степень в Университете Южной Калифорнии. Он почетный пенсионер военно-морского информационного центра (NIWC) в Сан-Диего. Его специализация включает нелинейные волны, подводную акустику и другие эзотерические предметы.
Я хочу поблагодарить Дика за это разъяснение. И, что еще более важно, он неосознанно раскрыл одну важную истину: как история искажается с течением времени. Это происходит неоднократно. Примером может служить начало Силиконовой долины. Там много историй о том, кто что сделал и когда.
Я не могу подтвердить, что Shockley Semiconductor была первой полупроводниковой компанией, но я предполагаю, что она имеет такое отличие, хотя вы мало что об этом слышали.
Одним из основных вкладов Шокли было его видение использования кремния, а не германия для изготовления биполярных транзисторов. Кроме того, он, возможно, непреднамеренно породил остальную часть полупроводниковой промышленности. Высококомпетентная команда, собранная Шокли, позже ушла, чтобы сформировать дочерние компании, такие как Fairchild и, в конечном итоге, другие, такие как Intel и AMD.
Другие исторические догадки
Еще одним примером исторической догадки являются персональные компьютеры. Людей до сих пор волнует, кто первым сделал то или иное и когда. Как и следовало ожидать, существует несколько версий этого. Я написал свои версии этого несколько лет назад, чего бы это ни стоило — см. здесь и здесь.
Еще одним примером является то, что Маркони обычно приписывают открытие радио.
Хотя он сыграл значительную роль в разработке беспроводного оборудования и услуг, настоящими изобретателями, вероятно, были Герц и Тесла. Как это важное открытие могло быть искажено? Должны ли мы включить Максвелла?
А кто изобрел первую интегральную схему? Был ли это Джек Килби из Texas Instruments или Роберт Нойс из Fairchild? Как оказалось, они оба имеют долю в патенте. Они работали независимо, но одновременно и имели разные представления о том, что такое ИС и как она создается. История поняла это правильно. Но насколько другая история искажена или просто неверна? Я полагаю, что по прошествии длительного времени вы можете придумать что угодно и заявить, что это исторически верно. Кто будет сомневаться в этом? Многие из вас могли бы привести другие примеры этого.
Можно сделать вывод, что изобретение биполярного транзистора стало важной вехой в развитии полупроводниковой промышленности. Огромный вклад. Это привело к интегральной схеме, а затем и к микрокомпьютеру. Трудно представить мир без этих разработок.
Если бы не одно это изобретение, BJT, нас с вами, наверное, даже не было бы здесь. Спасибо, доктор Шокли. И спасибо Дику Шокли за то, что обратил на это наше внимание.
Транзистор Изобретение и история » Электроника Примечания
Когда в 1947 году был изобретен первый транзистор, это ознаменовало огромный скачок в электронной технологии, поскольку он позволил полупроводниковым технологиям заменить термоэлектронные лампы и вакуумные трубки.
История транзистора Включает:
История транзистора
Первый кремниевый транзистор
Изобретение фототранзистора
изобретение полевого транзистора
Подробнее об истории полупроводников
История развития полупроводниковых технологий
Изобретение диода с PN-переходом
Изобретение интегральной схемы
Незадолго до Рождества, 23 декабря 1947 года, группа Шокли, Бардина и Браттейна продемонстрировала свое новое изобретение транзистора с точечным контактом высшему руководству Bell Laboratories в США.
Никто не мог предположить, какое большое влияние изобретение транзистора окажет на электронную промышленность и, по сути, на весь мир. Прошла всего неделя с тех пор, как команде впервые удалось заставить устройство работать. Таким образом, датой изобретения транзистора можно назвать 16 декабря 19 г.47.
Изобретение первого транзистора было историей решимости среди ряда неудач; история настойчивости и окончательного успеха.
Это также напоминание о том, что, хотя имена Шокли, Бардина и Браттейна связаны с изобретением транзистора, было много людей, которые поддержали их, и многие другие заложили основу для изобретения транзистора с точечным контактом. .
Старый транзистор OC71 — один из первых типов транзисторов, произведенных в ВеликобританииОсновы истории транзистора
Прежде чем изобрести транзистор, нужно было заложить множество основ.
Люди были знакомы с омическими проводниками в течение многих лет и понимали, как работают обычные резисторы, но был класс материалов, называемых полупроводниками, которые немного отличались.
Еще в девятнадцатом веке было замечено, что эти полупроводники имеют отрицательный коэффициент удельного сопротивления, способны выпрямлять электрические токи и проявляют фотоэлектрический эффект.
Раннее применение полупроводников было в беспроводных устройствах, где использовались детекторы кошачьих усов или кристаллов.
Позже, во время Второй мировой войны, были заложены еще несколько основ, когда выпрямители на основе оксида меди и селена начали использоваться для выпрямления переменного тока.
Также работа над диодами с точечным контактом позволила обнаруживать или демодулировать микроволновые сигналы для радаров, которые использовали все более высокие частоты.
Еще одна основа, которая была заложена для изобретения транзистора в 19 веке.20-х и 1930-х годов были теоретические работы по субмолекулярной физике. Хотя изначально это было направлено на термоэлектронные устройства, то есть вакуумные трубки или вентили, оно оказало огромное влияние на понимание полупроводников.
Ранние открытия и патенты, связанные с транзисторами
Первый зарегистрированный патент на работу над транзистором был подан австро-венгерским физиком Юлиусом Лилиенфельдом 22 октября 1925 года в Канаде. Но, поскольку он не опубликовал никаких исследовательских публикаций об изобретении транзистора, промышленность проигнорировала его работу. Однако его работа определила то, что мы теперь называем полевым транзистором, и это было то, к чему стремилась команда, которая в конечном итоге начала работать над транзистором.
Позже, в 1934 году, немецкий физик по имени Оскар Хейл подал заявку на патент на устройство, которое контролировало ток в цепи с помощью приложения электрического поля — фактически полевой транзистор. Хотя это и не биполярное устройство, именно его начала исследовать первая команда Bell. Что же касается Хайля, то он не представил никаких реальных открытий, а его идеи носили лишь теоретический характер, в результате чего его работа не была отмечена в научном сообществе.
Работа транзистора начинается в Bell
Когда боевые действия стали приближаться к концу, Bell Laboratories осознали, что у полупроводниковых технологий есть большие возможности. Весной 1945 года было созвано крупное совещание для обсуждения будущих исследований по ним — это был поворотный момент в истории транзисторов. Позже в том же году было предоставлено разрешение на проведение исследований с целью поиска «новых знаний, которые можно было бы использовать при разработке совершенно новых и улучшенных компонентов».
В результате была создана группа физики твердого тела под руководством Уильяма Шокли и Стэнли Моргана. Шокли также возглавил подгруппу полупроводников, в которую должны были войти Браттейн и Бардин, чтобы составить трио, изобретшее транзистор.
Три транзистора
Тремя главными героями истории транзисторов были:
- Уильям Шокли:
Записка об Уильяме Шокли:
Он родился в Лондоне в 1910 году в семье американцев, но через три года они вернулись в США, поселившись недалеко от Сан-Франциско.
Он получил свою первую степень в Калифорнийском технологическом институте, после чего перешел в Массачусетский технологический институт, чтобы получить степень доктора философии. в 1936. После окончания университета он перешел в Bell Labs, где возглавил команду, изобретшую первый транзистор. В своей жизни он изобретал другие устройства и основал собственную компанию.Подробнее о Уильям Шокли.
- Уолтер Браттейн:
Записка об Уолтере Браттейне:
Он родился в Китае, переехал в штат Вашингтон, когда его родители вернулись домой. Он получил свою первую степень в колледже Уитмена в штате Вашингтон, а затем перешел в Университет Миннесоты, чтобы получить степень доктора философии. После университета Браттейн сначала работал в Национальном бюро стандартов, а затем перешел в Bell Labs, где он был одним из трех люди, которым приписывают изобретение первого транзистора.
Подробнее о Уолтер Браттейн.
- Джон Бардин:
Примечание о Джоне Бардине:
Он родился в Висконсине в мае 1908 года, получил первую степень в Висконсинском университете, затем переехал в Принстон, чтобы получить степень доктора философии. После нескольких преподавательских должностей он присоединился к физике твердого тела. осенью 1945 года в Bell Laboratories, где он был одним из трех изобретателей первого транзистора. За свою жизнь он был удостоен двух Нобелевских премий: одну за работу над транзистором, другую за работу над сверхпроводниками.
Подробнее о Георг Ом.
Он получил свою первую степень в Калифорнийском технологическом институте, после чего перешел в Массачусетский технологический институт, чтобы получить степень доктора философии. в 1936. После окончания университета он перешел в Bell Labs, где возглавил команду, изобретшую первый транзистор. В своей жизни он изобретал другие устройства и основал собственную компанию.
Когда подготовительная работа завершена и команда собрана, история транзистора переходит к фактическому изобретению транзистора.
Потребовалось много лет, чтобы провести всю подготовительную работу и создать команду, прежде чем можно было сделать фактическое изобретение или открытие транзистора.
Команда, изобретавшая транзистор, хорошо сработалась и, несмотря на некоторые первоначальные неудачи, добилась быстрого прогресса.
Среда, созданная Bell Labs, работала хорошо, и это обеспечило правильную атмосферу для изобретения транзистора.
Первые попытки изобретения транзистора
Группа полупроводников начала работу над одной из идей Шокли. Он пришел к выводу, что можно разработать форму полупроводникового триода. Он предусмотрел структуру слоев кремния p- и n-типа. Основной ток будет проходить в одном из слоев, и проводимость этого слоя будет контролироваться внешним полем. Это изменило бы количество носителей заряда (дырок или электронов), доступных для переноса тока. По сути, этой идеей был полевой транзистор, который сегодня широко используется.
Чтобы создать структуру для проверки этой идеи, Шокли использовал несколько тонких пленок кремния, которые были получены методом осаждения. Это сам по себе был новый процесс, который только что был разработан другим сотрудником Bell по имени Тил.
Используя новую структуру, Шокли ожидал значительного изменения проводимости по мере изменения контролирующего поля.
К его большому разочарованию, эффекта не наблюдалось. Расчеты и теории проверялись и перепроверялись другими членами группы и не было найдено причин ее неудачи.
Проблема была решена только в марте 1946 года. Бардин полагал, что поверхность полупроводника захватывает электроны, которые экранируют основной канал от воздействия внешнего поля. Позже Шокли сказал, что это открытие было одним из самых значительных достижений во всей программе полупроводников.
Изменение направления
Предположительно побежденная захваченными электронами, группа сменила направление. Они обратили свое внимание на исследования PN-переходов с обратным смещением в попытке разработать новый тип грозового разрядника. Исследования вращались вокруг трехслойных структур с одним соединением, смещенным вперед и одним обратным смещением, и работа над этим продолжалась в течение большей части 19 лет.47.
Ближе к концу того же года события для группы пошли в гору. В ноябре у новичка в команде появилась важная идея.
Возвращаясь к их более ранней работе над полевыми устройствами, он предположил, что если между контрольной пластиной и каналом проводимости поместить электролит, то экранирующий эффект захваченных электронов можно будет преодолеть. Был поставлен новый эксперимент, и он увенчался успехом, хотя и в ограниченной степени. Достигнув определенного успеха, команда обрела новый уровень мотивации. В последующие дни обсуждалось множество идей для возможных усилительных устройств.
Изобретение транзистора
В начале декабря Бардин и Браттейн начали экспериментировать с двумя близко расположенными точечными контактами в качестве новой идеи изобретения транзистора. Они обнаружили, что при прямом смещении одного и обратном смещении другого было замечено небольшое усиление.
Вскоре команда начала дальнейшие эксперименты, основанные на этой идее, но поначалу они не смогли должным образом использовать эффект транзистора. В одном эксперименте вокруг образца даже был помещен электролит, но с каждым новым испытанием они становились на шаг ближе к открытию полного транзисторного эффекта.
В конце концов решили, что необходимо разместить два диодных перехода на расстоянии примерно 0,05 мм друг от друга. Первоначально идея казалась невозможной, так как было невозможно разместить два точечных контакта так близко друг к другу.
Однако решение было найдено на удивление легко. Слой золота был нанесен на небольшой клин из плексигласа. Затем лезвием бритвы сделали очень тонкую прорезь в золоте прямо на острие клина. Затем клин помещался на слой германия под действием небольшой пружины. Коллектор и эмиттер были образованы двумя золотыми контактами, а слой германия был базовым контактом.
Идея была опробована 16 декабря 1947 года и, к их удивлению, сработала с первого раза. Был изготовлен первый точечный транзистор и изобретен первый транзистор.
Схема установки для первого транзистора Ровно через неделю Шокли, Бардин и Браттейн продемонстрировали новое изобретение транзистора сотрудникам лаборатории и высшему руководству Bell. Шокли назвал это «великолепным рождественским подарком».
Изобретение транзистора ознаменовало начало эпохи транзисторов. Однако потребовалось еще много разработок, прежде чем эти устройства могли стать повседневной реальностью.
Официальное сообщение об изобретении транзистора
Хотя изобретение транзистора вызвало большой ажиотаж, только 30 июня 1948 года Bell Labs публично объявила о новом устройстве, которое Джон Пирс назвал транзистором.
Название «транзистор» произошло от сочетания слов «крутопроводность» или «передача» и «варистор». Варисторный элемент слова был использован, потому что устройство логически принадлежит к семейству варисторов и имеет крутизну или передаточный импеданс устройства, имеющего усиление.
В сообщении Bell Labs говорится, что изобретение транзистора «может иметь далеко идущее значение в электронике и электрических коммуникациях».
Устройство также было запатентовано, и, что интересно, на нем были названы Бардин и Браттейн, а не Шокли.
Изобретение параллельного транзистора
Как и многие другие изобретения в истории, аналогичные работы проводились и в других частях земного шара, и почти в то же время во Франции был изобретен транзистор с точечным контактом.
Два немецких физика. В 1948 году Герберт Матаре и Генрих Велькер активно участвовали в разработке немецких радаров во время Второй мировой войны, работая в лабораториях Telefunken. Матаре работал в основном в Берлине, а Велкер жил в Мюнхене.
В рамках этой работы Матаре исследовал кристаллические выпрямители из германия и кремния, а Велкер работал над методами очистки германия.
После окончания войны оба работали в дочерней компании Westinghouse под названием Compagnie des Freins et Signaux. Их целью была разработка и производство твердотельных выпрямителей.
В 1947 г., когда работа в США шла полным ходом, Матаре исследовал явление, при котором два очень близко расположенных точечных контакта могут мешать друг другу или влиять друг на друга — то, что он наблюдал во время войны.
В начале 1948 года Матаре удалось добиться результатов, в которых он иногда видел некоторое усиление. К середине 1948 года работа Велкера по производству кристаллов гораздо более высокого уровня чистоты позволила получить гораздо лучшие результаты.
чтобы получить.
Сразу после того, как им удалось завершить свою работу и добиться надежной работы этих новых устройств, они узнали об изобретении транзистора в Bell Labs в США.
В связи с этим известием из США изобретенный во Франции «транзистор» был спешно запущен в производство и назван «транзитроном». Производство этих устройств вскоре было расширено, и они широко использовались во французской телефонной системе.
После того, как первые транзисторы были продемонстрированы и объявлены, именно устройство Bell Laboratories стало де-факто первым транзистором, но, глядя на производительность обоих устройств, было очевидно, что требуется гораздо больше работы, чтобы транзисторная технология стала основной. устройство для электронной промышленности.
Изобретение первого транзистора было лишь первым шагом на пути к полупроводниковой технологии, которой мы все наслаждаемся сегодня.
| Ключевые факты об изобретении транзистора | |
|---|---|
| Атрибут | Детали |
| Дата изобретения транзистора | 16 декабря 1947 г.  |